WO2016045978A1 - Axiallüfter zur förderung von kühlluft, insbesondere für einen verbrennungsmotor eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Axiallüfter zur förderung von kühlluft, insbesondere für einen verbrennungsmotor eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an axial fan for conveying cooling air, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a hub on which a plurality of radially outwardly extending fan blades are arranged, each having a blade trailing edge, prior art
  • an axial Leitringlmediaer which has a central hub, an annular shell and a number of blades, wherein the blades between the hub and the jacket extend radially.
  • the blades which will be referred to as fan blades in the following, are set in the direction of the fan rotation forward and have a leading edge and a trailing edge.
  • an axial fan comprising a hub on which a pressure and a suction side, a trailing edge and a blade depth having fan blades are arranged.
  • this axial fan on the pressure side of the fan blades on a, contrary to the direction of rotation of the axial fan rising hub ramp on » whereby the trailing edge of the fan blades is divided into a lying radially outside the hub ramp outer region and a radially lying within the hub ramp inner region.
  • An embodiment of the invention relates to an axial fan for conveying cooling air, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, with a hub, on which a plurality of radially outwardly extending fan blades are arranged, each having a blade trailing edge.
  • a contour of the blade trailing edge of the fan blades extends in the direction of the circumference curved in a plane which is spanned by an axis of rotation of the fan and a longitudinal extent of the fan blade.
  • the contour of the sheet trailing edge extends in its radial extent in three sections, wherein the central portion is formed substantially straight or approximately straight, while the adjoining the middle portion respectively subsequent first and third sections curved. Due to the semi-radial flow through the fan blade under the given conditions, there is a very good compromise between flow rates and static efficiency.
  • the first outer, the hub facing away portion of the blade trailing edge is curved with a first radius and the third, adjoining the hub portion of the blade trailing edge with a second radius. This is particularly evident when the contour is projected into a plane defined by the axis of rotation of the radial fan and the radial extent of the fan blade when it is cut with the rotational profile of the axial fan.
  • the second radius of the third section and / or the first radius of the first section of the blade trailing edge pass tangentially into the straight section of the contour of the trailing edge of the blade.
  • the flow of the flow in the area of the sheet trailing edge is positively influenced.
  • the sheet trailing edge is adjusted in the area of predominant flow losses in such a way that both a good pressure build-up and a good efficiency can be achieved.
  • a first ratio of the first radius of the third section of the contour of the blade trailing edge to the entire radial extent of the fan blade is between 0.8 and 1, 2, thereby further optimizing the efficiency of the axial fan.
  • a second ratio between the first radius of the first portion and the second radius of the third portion of the contour of the blade trailing edge is between 3 and 4.
  • the second and third portions of the contour of the blade trailing edge extend approximately over a quarter the radial Extension of the fan blade, whereby the efficiency of the axial fan is further increased.
  • a further embodiment allows for the first, the hub facing away portion of the contour of the blade trailing edge extends approximately over half of the radial extent of the fan blade. This embodiment also supports the setting of an optimal ratio between efficiency and flow performance of the axial fan. Further advantageous embodiments are described by the following description of the figures and by the subclaims.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention
  • Fig. 4 is a detail of a front view of the first
  • Embodiment of the axial fan according to the invention and a schematic representation of a fan blade of the embodiment of FIG. 1.
  • FIGs 1, 2 and 3 show a first embodiment of an axial fan according to the invention 1.
  • the axial fan 1 consists of a central hub 2 and an annular shell 3, between which a plurality of fan blades 4 are arranged.
  • On the pressure side of the fan blades 4 each one against the direction of rotation of the axial fan 1 rising hub ramp 5 is arranged, which is secured by webs 6 on the fan blade.
  • Each fan blade 4 in this case has a blade leading edge 7 arranged at the bottom in the direction of rotation and an upper blade trailing edge 8.
  • the contour 9 of the blade trailing edge 8 of the fan blade 4 is illustrated in Fig. 4, where a plane E is spanned by the axis of rotation of the axial fan 1 and the radial extent H of the fan blade 4. If one intersects this plane E with the rotational profile of the axial fan 1, a contour 9 of the blade trailing edge 8 of the fan blade 4 results, which is divided into three sections.
  • a first outer section 91 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 is curved and described by a first radius R1.
  • a central portion 92 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 connects, which runs straight.
  • the straight portion 92 follows a third inner portion 93 of the contour 9 of the blade trailing edge 8, which is directly adjacent to the hub 2.
  • the contour 9 in the third section 93 of the blade trailing edge 8 is curved and can be described by a second radius R2.
  • the middle and third sections 92, 93 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 extend approximately over a quarter of the radial extent H of the fan blade 4.
  • the first outer, the hub 2 facing away portion 91 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 extends approximately in the outer half of the radial extent H of the fan blade.
  • the curved first and the curved third section 91, 93 tangentially to the straight line.
  • a first ratio of the radius R1 of the first outer portion 91 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 and the radial extent H of the fan blade 4 is between 0.8 and 1.2 choose. This optimization is assisted when the ratio between the first radius R1 of the first portion 91 and the second radius R2 of the third portion 93 is in the range between 3 and 4.

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Abstract

Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuqes. Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Nabe (2), an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter (4) angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante (8) aufweisen. Bei einem Axiallüfter, welcher ein optimales Verhältnis zwischen Wirkungsgrad und Strömungsleistung besitzt, erstreckt sich eine Kontur (9) der Blatthinterkante (8) der Lüfterblätter (4) in Umfangsrichtung gekrümmt zu einer Ebene (E), die durch eine Rotationsachse des Axiallüfters (1) und eine Längsausdehnung des Lüfterblattes (4) aufgespannt wird.

Description

Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.
Beschreibung
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Nabe, an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante aufweisen, Stand der Technik
Aus der DE 690 14 630 T2 ist ein axialer Leitringlüfter bekannt, welcher eine zentrale Nabe, einen ringförmigen Mantel und eine Anzahl von Schaufeln aufweist, wobei die Schaufeln zwischen der Nabe und dem Mantel radial verlaufen. Die Schaufeln, die im Weiteren auch als Lüfterblätter bezeichnet werden sollen, sind in Richtung der Lüfterumdrehung vorwärts angestellt und besitzen eine Vorderkante und eine Hinterkante.
In der DE 10 2010 062 301 AI ist ein Axiallüfter offenbart, weicher eine Nabe umfasst, an der eine Druck- und eine Saugseite, eine Hinterkante und eine Blatttiefe aufweisende Lüfterblätter angeordnet sind. Darüber hinaus weist dieser Axiallüfter auf der Druckseite der Lüfterblätter eine, entgegen der Drehrichtung des Axiallüfters ansteigende Nabenrampe auf» wodurch die Hinterkante der Lüfterblätter in einen radial außerhalb der Nabenrampe liegenden äußeren Bereich und einen radial, innerhalb der Nabenrampe liegenden inneren Bereich aufgeteilt wird. Innerhalb der Nabenrampe sind jeweils Aussparungen oder Auskehlungen vorhanden, um das Gewicht des Axiallüfters zu verringern.
Darstellung der Erfindung. Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad eines solchen Axiallüfters unter Beibehaltung der Strömungsleistung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird mit einem Axiallüfter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe, an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante aufweisen. Bei einem solchen Axiallüfter erstreckt sich eine Kontur der Blatthinterkante der Lüfterblätter in Umfangshchtung gekrümmt in einer Ebene, die durch eine Rotationsachse des Lüfters und eine Längsausdehnung des Lüfterblattes aufgespannt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Axiallüfters erhöht wird, wobei die Strömungsleistung des Axiallüfters beibehalten wird.
Vorteilhafterweise verläuft die Kontur der Blatthinterkante in ihrer radialen Erstreckung in drei Abschnitten, wobei der mittlere Abschnitt im Wesentlichen gerade bzw. annähernd gerade ausgebildet ist, während die sich an den mittleren Abschnitt jeweils anschließenden ersten und dritten Abschnitte gekrümmt verlaufen. Aufgrund der halbradialen Durchströmung des Lüfterblattes unter den gegebenen Bedingungen ergibt sich ein sehr guter Kompromiss zwischen Strömungsleistungen und statischem Wirkungsgrad. In einer Ausgestaltung ist der erste äußere, der Nabe abgewandte Abschnitt der Blatthinterkante mit einem ersten Radius und der dritte, sich an die Nabe anschließende Abschnitt der Blatthinterkante mit einem zweiten Radius gekrümmt. Dies ist besonders deutlich ersichtlich, wenn die Kontur in eine Ebene, die durch die Rotationsachse des radialen Lüfters und die radiale Erstreckung des Lüfterblattes aufgespannt wird, projiziert wird, wenn diese mit dem Rotationsprofil des Axiallüfters geschnitten wird.
In einer Variante gehen der zweite Radius des dritten Abschnittes und/oder der erste Radius des ersten Abschnittes der Blatthinterkante tangential in den gerade ausgebildeten mittleren Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante über. Dadurch wird die Leitung der Strömung im Bereich der Blatthinterkante positiv beeinflusst Die Blatthinterkante wird im Bereich überwiegender Strömungsverluste so angepasst, dass sowohl ein guter Druckaufbau und als auch ein guter Wirkungsgrad erzielt werden kann.
In einer Weiterbildung liegt ein erstes Verhältnis des ersten Radius des dritten Abschnittes der Kontur der Blatthinterkante zur gesamten radialen Erstreckung des Lüfterblattes zwischen 0,8 und 1 ,2, Dadurch wird der Wirkungsgrad des Axiallüfters weiter optimiert.
In einer weiteren Ausführungsform liegt ein zweites Verhältnis zwischen dem ersten Radius des ersten Abschnittes und dem zweiten Radius des dritten Abschnittes der Kontur der Blatthinterkante zwischen 3 und 4. In einer Ausgestaltung dehnen sich der zweite und der dritte Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante annähernd über ein Viertel der radialen Erstreckung des Lüfterblattes aus, wodurch der Wirkungsgrad des Axiallüfters weiter erhöht wird.
Darüber hinaus lässt eine weitere Ausführungsform zu, dass sich der erste, der Nabe abgewandte Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante annähernd über die Hälfte der radialen Erstreckung des Lüfterblattes ausdehnt. Auch diese Ausgestaltung unterstützt die Einstellung eines optimalen Verhältnisses zwischen Wirkungsgrad und Strömungsleistung des Axiallüfters. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Axiallüfters in einer perspektivischen Vorderansicht,
Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Axiallüfters in einer perspektivischen Rückenansicht, Fig. 3 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Axiallüfters in einer Seitenansicht,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Vorderansicht des ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Axiallüfters, und eine schematische Darstellung eines Lüfterblattes des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Axiallüfters 1. Der Axiallüfter 1 besteht aus einer zentralen Nabe 2 und einem ringförmigen Mantel 3, zwischen welchen mehrere Lüfterblätter 4 angeordnet sind. Auf der Druckseite der Lüfterblätter 4 ist jeweils eine entgegen der Drehrichtung des Axial lüfters 1 ansteigende Nabenrampe 5 angeordnet, welche über Stege 6 am Lüfterblatt befestigt ist. Jedes Lüfterblatt 4 weist dabei eine, in Drehrichtung unten angeordnete Blattvorderkante 7 und eine obere Blatthinterkante 8 auf. Die Kontur 9 der Blatthinterkante 8 des Lüfterblattes 4 ist in Fig. 4 verdeutlicht, wo eine Ebene E durch die Rotationsachse des Axiallüfters 1 und die radiale Erstreckung H des Lüfterblattes 4 aufgespannt ist. Schneidet man diese Ebene E mit dem Rotationsprofil des Axiallüfters 1 , ergibt sich eine Kontur 9 der Blatthinterkante 8 des Lüfterblattes 4, die in drei Abschnitte eingeteilt ist.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist ein erster äußerer Abschnitt 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 gekrümmt ausgebildet und durch einen ersten Radius R1 beschrieben. An diesem Radius R1 schließt sich ein mittlerer Abschnitt 92 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 an, der gerade verläuft. Der gerade verlaufende Abschnitt 92 schließt sich an einen dritten inneren Abschnitt 93 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 an, welcher direkt an die Nabe 2 angrenzt. Die Kontur 9 im dritten Abschnitt 93 der Blatthinterkante 8 ist gekrümmt ausgebildet und kann durch einen zweiten Radius R2 beschrieben werden. Der mittlere und der dritte Abschnitt 92, 93 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 erstrecken sich dabei etwa über ein Viertel der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes 4. Der erste äußere, der Nabe 2 abgewandte Abschnitt 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 verläuft etwa in der äußeren Hälfte der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes. An den geraden mittleren Abschnitt 92 der Blatthinterkante 8 schließen sich der gekrümmte erste bzw. der gekrümmte dritte Abschnitt 91 , 93 tangential an die Gerade an.
Um ein optimales Verhältnis zwischen Strömungsleistung und statischem Wirkungsgrad des Axiallüfters 1 einzustellen, ist ein erstes Verhältnis aus dem Radius R1 des ersten äußeren Abschnittes 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 und der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes 4 zwischen 0,8 und 1 ,2 zu wählen. Diese Optimierung wird unterstützt, wenn das Verhältnis zwischen dem ersten Radius R1 des ersten Abschnittes 91 und dem zweiten Radius R2 des dritten Abschnittes 93 sich im Bereich zwischen 3 und 4 bewegt.

Claims

Patentansprüche
Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe (2), an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter (4) angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante {8} aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Kontur {9) der Blatthinterkante (8) der Lüfterblätter (4) in Umfangsrichtung gekrümmt zu einer Ebene (E) erstreckt, die durch eine Rotationsachse des Axiallüfters (1 ) und eine Längsausdehnung des Lüfterblattes (4) aufgespannt wird.
Axiallüfter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (9) der Blatthinterkante (8) in ihrer radialen Erstreckung in drei Abschnitte (91 , 92, 93) unterteilt ausgebildet ist, wobei der mittlere Abschnitt (92) im Wesentlichen gerade verläuft, während die sich an den mittleren Abschnitt (92) jeweils anschließenden ersten und dritten Abschnitte (91 , 93) gekrümmt verlaufen,
Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste äußere, der Nabe (2) abgewandte Abschnitt (91) der Blatthinterkante (8) mit einem ersten Radius (R1 ) und der dritte, sich an die Nabe (2) anschließende Abschnitt (93) der Blatthinterkante (8) mit einem zweiten Radius (R2) gekrümmt ist.
Axiallüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Radius (R2) des dritten Abschnittes (93) und/oder der erste Radius (R1 ) des ersten Abschnittes (91) der Blatthinterkante (8) tangential in den gerade ausgebildeten, mittleren Abschnitt (92) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) übergehen. Axiallüfter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verhältnis des ersten Radius (R1 ) des ersten Abschnittes (91 ) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) zur gesamten radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) zwischen 0,8 und
1 ,2 liegt.
Axiallüfter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Verhältnis zwischen dem ersten Radius (R1) des ersten Abschnittes (91 ) und dem zweiten Radius (R2) des dritten Abschnittes (93) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) zwischen 3 und 4 liegt.
Axiallüfter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite und der dritte Abschnitt (92, 93) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) annähernd über ein Viertel der radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) ausdehnen.
Axiallüfter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste, der Nabe (2) abgewandte Abschnitt (91 ) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) annähernd über die Hälfte der radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) ausdehnt.
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